發(fā)布時(shí)間：2019-04-25 23:12

【摘要】：迄今為止,針對(duì)飽和砂土的研究表明,剪脹、循環(huán)和各向異性是其力學(xué)特征中三個(gè)重要的特性,也是區(qū)別于其它材料明顯不同的地方。而飽和砂土的應(yīng)力應(yīng)變曲線中均出現(xiàn)一個(gè)特殊狀態(tài)的點(diǎn),即相變點(diǎn),該狀態(tài)點(diǎn)對(duì)飽和砂土上述三個(gè)特征具有特殊意義。因此本文從上述三個(gè)方面,對(duì)飽和砂土在單調(diào)和循環(huán)荷載作用下的力學(xué)反應(yīng),做進(jìn)一步的研究。本文在已有飽和砂土本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上,從砂土的微觀機(jī)理出發(fā),考慮剪脹過(guò)程中組構(gòu)變化對(duì)累積塑性應(yīng)變的影響,并考慮飽和砂土的循環(huán)作用,建立基于相變狀態(tài)的循環(huán)邊界面模型,描述不同的排水條件下,單調(diào)和循環(huán)荷載作用下砂土的力學(xué)行為。本文的主要研究成果為：1、首先通過(guò)不同荷載作用下飽和砂土試驗(yàn)現(xiàn)象的探討,從砂土的微觀現(xiàn)象出發(fā),討論砂土微觀結(jié)構(gòu)變化引起的宏觀變形的機(jī)理,進(jìn)而用宏觀的變量反映微觀顆粒間的變化；引入組構(gòu)-剪脹內(nèi)變量,用以反映反向加載過(guò)程中,微觀組構(gòu)引起的宏觀剪脹張量的變化對(duì)循環(huán)荷載作用下,飽和砂土塑性累積變形的影響,并建立宏觀與微觀之間的聯(lián)系。2、縱觀已有砂土的循環(huán)本構(gòu)模型,其塑性模量的確定一般都比較繁瑣,并且涉及的參數(shù)也較多。本文直接從試驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā),針對(duì)排水情況下,飽和密砂在循環(huán)荷載作用下體積的變化越來(lái)越小的現(xiàn)象,總結(jié)出首次加載與再加載過(guò)程中(即單調(diào)與循環(huán)加卸載過(guò)程中)塑性模量的變化規(guī)律,并對(duì)已有的塑形模量表達(dá)式進(jìn)行了修正,提出易于確定、適合循環(huán)加載的塑性模量的表達(dá)式。3、針對(duì)1993年Ishihara提出的e-log p'表達(dá)式,結(jié)合張衛(wèi)華提出的狀態(tài)參量的表達(dá)式,揭示了此關(guān)系式模擬飽和砂土在不排水條件下的力學(xué)行為時(shí)存在不足。本文對(duì)其加以改進(jìn),提出適合不排水條件計(jì)算相變孑隙ept的表達(dá)式,并建立不排水單調(diào)本構(gòu)模型。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本構(gòu)模型和所提出的相變孔隙比ept。的表達(dá)式分別進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明本構(gòu)模型能較好地反映不排水過(guò)程中有效應(yīng)力的變化,并且相變孔隙比ept的表達(dá)式也是合理和有效的。4、綜合上述三點(diǎn)工作,針對(duì)循環(huán)荷載(不包括動(dòng)荷載)作用,進(jìn)一步提出飽和砂土不同排水條件下的循環(huán)邊界面本構(gòu)模型。模型描述了不同排水條件下循環(huán)荷載作用下的力學(xué)行為,如排水條件下飽和砂土先剪縮后剪脹的變形過(guò)程,及循環(huán)過(guò)程中體變?cè)隽吭絹?lái)越小并最后趨于穩(wěn)定的變化趨勢(shì)；不排水條件下的有效應(yīng)力變化及應(yīng)力應(yīng)變間的關(guān)系。同樣,模型也能較好地反映出不同排水條件下砂土的相變點(diǎn)和峰值點(diǎn)。
[Abstract]:Up to now, the study of saturated sand shows that shear expansion, cycling and anisotropy are three important mechanical characteristics of saturated sand, which are also different from other materials. There is a special point in the stress-strain curve of saturated sandy soil, that is, phase transition point, which is of special significance to the above-mentioned three characteristics of saturated sandy soil. Therefore, in this paper, the mechanical response of saturated sand under monotonic and cyclic loads is further studied from the above three aspects. Based on the existing constitutive model of saturated sand and the microscopic mechanism of sand, the influence of fabric change on accumulated plastic strain in the process of shear expansion is considered, and the cyclic action of saturated sand is also considered in this paper. A cyclic boundary interface model based on phase transition is established to describe the mechanical behavior of sand under monotonic and cyclic loads under different drainage conditions. The main research results of this paper are as follows: 1. Firstly, through the discussion of saturated sand test under different loads, the mechanism of macro-deformation caused by the change of microstructure of sand soil is discussed from the micro-phenomenon of sand soil, and the mechanism of macro-deformation caused by the change of micro-structure of sand soil is discussed. Then the macro-variables are used to reflect the change of micro-particles. The fabric-shear expansion internal variable is introduced to reflect the influence of micro-fabric-induced macro-shear expansion Zhang Liang on plastic cumulative deformation of saturated sand under cyclic loading. The relationship between macro and micro is established. 2. Generally, the determination of plastic modulus of the existing cyclic constitutive model of sand is cumbersome and involves a lot of parameters. In this paper, the change of volume of saturated dense sand under cyclic load is getting smaller and smaller under the condition of drainage from the point of view of experimental phenomenon. The variation rule of plastic modulus in the process of first loading and reloading (that is, monotone and cyclic loading and unloading) is summarized, and the existing formula of plastic modulus is modified, which is easy to determine, and it is easy to determine the plastic modulus in the process of first loading and reloading. Expression of plastic modulus suitable for cyclic loading. 3. According to the expression of e-log p 'proposed by Ishihara in 1993, combined with the expression of state parameter proposed by Zhang Weihua, It is revealed that this equation has some shortcomings in simulating the mechanical behavior of saturated sand under undrained conditions. In this paper, an expression for calculating phase transition relict ept suitable for undrained conditions is put forward, and a monotone constitutive model for undrained is established. Study on Constitutive Model and proposed Phase change porosity ept. based on Experimental data The results show that the constitutive model can better reflect the change of effective stress in the undrained process, and the expression of phase transition porosity ratio ept is also reasonable and effective. According to the cyclic load (excluding dynamic load), the constitutive model of cyclic boundary of saturated sand under different drainage conditions is proposed. The model describes the mechanical behavior of saturated sand under cyclic loading under different drainage conditions, such as the deformation process of saturated sand at first shearing and then dilating, and the trend that the volume increment becomes smaller and tends to be stable at last. The relationship between effective stress change and stress-strain under undrained condition. At the same time, the model can well reflect the phase transition point and peak point of sand under different drainage conditions.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU441

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本文編號(hào)：2465550